稀释剂对环氧胶粘剂耐热性的影响

宋少波 杜瑞环 周洪芝 薛雪雪

摘 要：环氧胶粘剂是建筑加固中不可或缺的一类材料。对于压注型胶粘剂，黏度是一个极其重要的工艺指标。同时热变形温度又是一个必不可少的材料性能指标，通过调整稀释剂的用量改变胶粘剂黏度以及热变形温度的变化。本文主要研究了稀释剂种类与同类稀释剂用量对于胶粘剂黏度与热变形温度的影响，得出稀释剂添加量不宜超过A组分用量的15%，且单官能度的稀释剂对于黏度与热变形温度影响更为明显。经分析数据得出，同固化体系下，黏度与热变形温度存在正相关关系，为合理的设计胶粘剂提供思路。

关键词：压注型胶粘剂;稀释剂;粘度;热变形温度

中图分类号：TQ433.4+37 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）05-0005-04

Effect of Diluent on Heat Resistance of Epoxy Adhesives

Song Shaobo，Du Ruihuan， Zhou Hongzhi， Xue Xuexue

（Carbon Technology Group Co.， Ltd.， Tianjin， 300383， China）

Abstract：Epoxy adhesives is indispensable material in building reinforcement. Viscosity is a very important process index for press-injection adhesives. At the same time， thermal deformation temperature is an essential material performance index. The viscosity and thermal deformation temperature of the adhesives can be changed by adjusting the amount of diluent. This paper mainly studied the influence of the type of diluent and the dosage of similar diluent on the viscosity and hot deformation temperature of adhesives. It was concluded that the dosage of diluent should not exceed 15% of the dosage of component A， and the single functional diluent had more obvious influence on the viscosity and thermal deformation temperature. After analyzing the data， it is concluded that there is a positive correlation between the viscosity and the thermal deformation temperature in the same curing system， which provides an idea for the rational design of adhesives.

Key words：press-injection adhesives; diluent; viscosity; thermal deformation temperature

0 引言

混凝土結构加固改造工程中，环氧树脂建筑结构胶因具有优异的力学性能和耐久性能得到广泛使用[1，2]。压注型胶粘剂是用于建筑材料加固的一类环氧胶粘剂，常见于裂缝修补与外包型钢加固工程。

对于压注型胶粘剂而言，初始粘度是其重要的一项工艺性能指标，决定其是否可进行正常的压注。同时，作为高分子材料，材料的性能受温度影响显著。因此科学家对高分子材料的耐热性也有深入的研究。热变形温度是国内外相关技术规范用来评价结构胶耐热性能的重要指标[3-4]。GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》中对结构胶的耐热性能做了规定：以混凝土为基材的I类胶在23℃固化、养护21d，到期使用0.45MPa弯曲应力的B法测定指标≥65℃。

对于符合粘度要求的压注型胶粘剂，热变形温度是一个关键性指标。在环氧体系中，影响热变形温度的因素有许多，固化剂种类改变带来固化体系的变化导致的热变形温度变化最大，根据已有报道可知，酚醛胺以及酯环胺的固化体系形成的高分子耐热性最为优异;养护方式的不同也会影响到材料的热变形温度[5-6];稀释剂的种类及用量对于环氧胶粘剂的耐热性的影响鲜有报道[7]。因此，本文选择不同的稀释剂的种类与用量进行了系列研究。研究相同固化体系下，相同的养护条件下，稀释剂的种类与用量对于环氧胶粘剂耐热性的影响，为设计配方提供一定的参考。

本文针对压注型胶粘剂，A组分选择双酚A型环氧树脂为主体树脂，B组分选择耐热性能良好的酚醛胺与酯环胺复配作为固化剂，选择不同官能度的稀释剂C进行系列实验研究。主要研究了①不同官能度的稀释剂添加量对环氧树脂的粘度的影响;②单官能度的稀释剂与双官能度的稀释剂在使用相同固化剂体系时对于体系初粘度的影响;③相同固化体系中粘度与热变形温度之间的关系，可以快速判断热变形温度，提升效率。

1 试验部分

1.1 试验原料

双酚A型环氧树脂（A1），工业级，空气化工产品（中国）投资有限公司。改性酚醛胺固化剂（B1），脂环胺固化剂（B2）;活性稀释剂（C1或C2）;硅烷偶联剂。

1.2 试验仪器

热变形温度测试仪，北京北广精仪仪器设备有限公司;旋转粘度计，上海标卓科学仪器有限公司;鼓风干燥箱，上海博迅实业有限公司;恒温恒湿箱，上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 A组分、B组分制备

A组分的主要成分是双酚A型环氧树脂、硅烷偶联剂与活性稀释剂，其中硅烷偶联剂的用量为固定值。通过调整环氧树脂与活性稀释剂的量来制备不同稀释剂含量的A组分，选用单官能团度的稀释剂C1与双官能团度的稀释剂C2按照占2.5%，5%，7.5%，10%，12.5%，15%，17.5%，20%的比例制备16种A组分。此外，选择制备一组未添加稀释剂的A组分作为空白对照组进行试验。

B组分是复配的固化剂，选用常温下粘度低且单组分热变形温度高的改性酯环胺进行复配，为避免B组分对初粘度与热变形温度的结果造成影响，一次性制备足够量的B组分。

准确称量A组分与B組分，按照2：1的比例进行混胶，使用搅拌棒充分搅拌保证胶体均匀。实验过程中需注意A组分与B组分的可操作时间，当胶体温度明显升高时需重新配胶。

1.4 测试与表征

1.4.1 粘度测试

将不同比例的A组分（包括未添加稀释剂的A组分）与B组分事先置于25℃的空调房内，估计不同A组分的大致粘度，选择合适的转子和转速。使用旋转粘度计进行粘度测量，待表盘数据稳定在10～90之间时读数并结合所选转子与转速查表得到相关系数进行计算，得到不同比例稀释剂对于A组分的粘度的影响。

测试胶粘剂的初粘度时需现配胶粘剂，充分搅拌后进行测量，测试方法同A组分粘度的测量，记录胶粘剂的初粘度，分析数据得出不同比例稀释剂对于胶粘剂的粘度的影响。

1.4.2 热变形温度

在25℃的空调房内，使用新配的胶粘剂制备热变形温度测试样条，样条标准尺寸为10mm×4mm[8]。将模具置于玻璃平板上，涂上适量脱模剂，将新配的胶液注入模具中，每种不同胶液制备的样条个数不少于2个。在（23±2）℃的室温下固化1d后拆模，然后将样条置于恒温恒湿箱进行标准养护21d保证充分固化[9]。

在养护到期后，及时取出使用热变形温度测试仪进行测试，记录数据时以多个样条的测试结果的平均值为准。

2 结果与讨论

稀释剂是液体环氧胶粘剂的重要组成部分，稀释剂的加入不仅可以提高胶粘剂的流动性和浸润性，同时便于各组分混合均匀，还可以延长适用期;但稀释剂的加入，往往会降低结构胶固化产物的耐热性能[10]。因此，需要综合考虑结构胶的耐热性能和粘度，合理选择稀释剂及其掺量。选取两种不同官能度的环氧稀释剂，探究了其对胶粘剂热变形温度的影响。

2.1 稀释剂对于环氧树脂以及胶粘剂粘度的影响

使用不同量的不同官能度的稀释剂的粘度测试结果如图1所示，为了更好的对比两种稀释剂的性能，采用1-（γi-γ0）×100%的形式表示稀释剂对环氧树脂的稀释效果，其中γi表示不同的稀释量测得的不同的粘度，γ0表示未加入稀释剂条件下环氧树脂的粘度。

从图1中可以看出，不论是单官能度或双官能度的稀释剂对环氧树脂与胶粘剂的初粘度都有显著的影响。对于环氧树脂的粘度的影响，两种稀释剂的稀释效果随着浓度的变化呈现出类似下降的趋势，在极小浓度时稀释效果显著，当单组分的稀释剂达到7.5%以后，粘度变化放缓，稀释剂效果不再显著，双官能度的稀释剂对应的占比是达到10%以后。

胶粘剂的初粘度是液体结构胶施工工艺中重要的一项指标。对于结构胶粘剂初粘度的影响，两种稀释剂呈现相同的趋势，在添加量达到5%以后，稀释效果不再显著，单官能度的稀释剂在达到15%以后对粘度几乎不再有影响，双官能度稀释剂仍保持一定的稀释效果。

整体而言，单官能度的稀释剂的分子量较双官能度的稀释剂的分子量小，相应的粘度更低，对于环氧树脂体系有着更优异的稀释效果。

2.2 稀释剂对热变型温度的影响

如图2a所示，随着胶粘剂中稀释剂比例的增加，胶粘剂的热变形温度均有不同程度的降低。对于双官能度稀释剂而言，添加量达到10%以后，出现明显的下降，但继续添加稀释剂，热变形温度降低幅度不大。对于单官能度的稀释剂而言，加入量达到7.5%，热变形温度出现大幅下降且随着稀释剂量增加持续下降。

粘度相较于热变形温度的测试方便且快捷，对于相同固化体系的环氧胶粘剂，分析粘度与热变形温度关系，得出热变形温度与粘度之间存在一个正相关关系（如图2b）。同体系中，粘度越大则热变形温度越高。官能度低的胶粘剂体系随着粘度增大其热变形温度变化更加迅猛。在实验中可以使用此关系对热变形温度进行判定，节省时间。

综上而言，使用双官能度的稀释剂的胶粘剂的热变形温度下降明显小于添加相同比例的单官能度的稀释剂。这主要是因为稀释剂会参与固化反应，对于双官能度的稀释剂参与反应后可以成为环氧胶粘剂交联网络的一部分，对胶粘剂整体的交联密度影响较小;而单官能度的稀释剂的分子中只有一端可以参与到固化反应中，形成交联网络中的支链或封端交联网络，导致胶粘剂的交联密度下降，从而影响到热变形温度[11]。

3 结论

文章主要研究了稀释剂对于环氧胶粘剂的粘度与热变形温度的影响，为合理设计环氧液体胶粘剂提供指导。得到如下结论：

（1）单官能度的稀释剂的稀释效果好于双官能度的稀释剂，且稀释剂的使用量不宜超过A组分质量的15%。

（2）双酚A型环氧树脂在固化体系相同时，随着稀释剂的量的增加，热变形温度降低。由于分子结构关系，单官能度的稀释剂对热变形温度的影响更大。

（3）同固化体系的粘度与热变形温度间存在正相关关系，可以通过粘度预判热变形温度。

通过调整稀释剂用量，在保障满足施工工艺指标条件下，对热变形温度进行了研究，得出了稀释剂对粘度与热变形温度的影响规律。有助于合理设计胶粘剂配方。

参考文献

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[9] GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》.

[10]李山剑，邓双辉，冯云龙，等.活性稀释剂对环氧树脂结构和性能的影响[J] 河北大学学报（自然科学版），2016（06）：604-613.

[11] 高笑笑，刘汉超，吴锦荣，等.单环氧基稀释剂改善环氧/酚醛树脂体系加工性与力学性能的研究[J] 塑料工业，2018（07）：138-142.